异麦芽低聚糖

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异麦芽低聚糖
概述 性质 作用机理 制备方法 应用 前景
中文名称:异麦芽低聚糖
中文同义词:异麦芽低聚糖
英文名称:IsoMaltooligosaccharides
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相关类别:糖类
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异麦芽低聚糖
异麦芽低聚糖 性质
异麦芽低聚糖 用途与合成方法
概述功能性食品是指具有调整人体生理功能,增强免疫力,预防疾病等效果的加工食品。功能性食品的原料主要有食物纤维、低聚糖类、多不饱和脂肪酸以及酩蛋白酶水解物等。功能性食品中所指的“低聚糖”是指具有特殊生理功能,特别是有益于肠的健康的一类低聚糖,其中最引人注目的就是 “双歧因子” 增殖糖:异麦芽低聚糖。该糖是集“营养、保健、疗效”三位于一体的新型淀粉糖。早在 90 年代初,欧、美、日等发达国家和地区已将其列入一日三餐的必需品,西欧各国年需异麦芽低聚糖数百万吨,价值600亿美元。日本国内已有几家公司生产,1993 年异麦芽低聚糖产量为 9.5kt,1994 年产量达 10kt,目前年需要量为 47kt,价值800 亿日元。日本林原生化研究所和天野株式会社拥有异麦芽低聚糖制造技术和专用糖苷酶。
我国 1994 年还没有异麦芽低聚糖制造技术,为了打破日本的垄断地位,无锡轻工业大学、浙江工业大学等高等院校相继开展了这方面的研究。目前已能生产出液、 固两种形态的产品,各项指标均达到或超过了国际同类产品的标准, 填补了国内空白。
异麦芽低聚糖又称异麦芽寡糖、分支低聚糖。它是由两个或两个以上葡萄糖通过 α-1, 6糖苷键结合而形成的。其有效成分为:异麦芽糖、潘糖、异麦芽四糖等。异麦芽低聚糖是由日本的光冈知足首先研究发现的,1982 年,日本林源生化研究所将其开发成功,1985年,由昭和产业公司率先推入市场。目前,欧洲一些国家和地区正在大力研究和开发应用异麦芽低聚糖,国内亦有异麦芽低聚糖的生产。
由于其分子结构中含有 α- 1,6糖苷键,而这种糖苷键不能被动物体内的糖类消化酶水解,从而决定了它的消化特性和功能特性。消化特性为:它不能为人或动物本身消化和吸收,也不能为肠道大部分有害菌利用,只能惟一被肠道有益菌发酵利用从而促进它们的生长繁殖,特别是能促进双歧杆菌的生长繁殖,所以, 又被称为双歧因子。 功能特性为:
1.调节动物肠道微生物区系,维持肠道正常菌群平衡;
2.提高动物体内抗体浓度,增加 T淋巴细胞和B淋巴细胞的数量,从而增强动物体的免疫功能,提高抗病能力;
3.抑制腐败细菌,减少粪便中氨、胺、硫化氢、吲哚等腐臭物质的含量;
4.促进动物对Ca2+、Mg2+、Fe2+等的吸收;
5.促进合成维生素 B1、B2、B6、维生素 K、尼克酸、叶酸和某些氨基酸;
6.抑制病原菌生长,防制腹泻;
7.预防抗生素类的不良副作用;
8.保护肝脏,降低血清胆固醇含量;
9.促进肠道内毒物的排出,具有一定的净肠作用。
另外,还能提高饲料利用率,促进动物的生长。由于异麦芽低聚糖有如此优越的功能特性 , 所以它越来越受到动物营养学界的重视。
性质1.甜度:异麦芽低聚糖 IMO-500(含异麦芽糖50%)甜度为52,异麦芽低聚糖 IMO-900(含异麦芽糖 89 %~90 %)甜度为42 。甜度低的异麦芽低聚糖替代部分蔗糖可以降低食品甜度,改善味感。
2.粘度:异麦芽低聚糖浆与相同浓度蔗糖溶液粘度接近,对糖果、糕点等食品的组织与物理性质无不良影响。
3.耐热性、耐酸性:异麦芽低聚糖耐热、耐酸性极佳,浓度50 %的糖浆在pH值为3,温度 120 ℃ 下长时间加热不会分解。
4.保湿性和防淀粉老化:异麦芽低聚糖对各种食品的保湿和维持品质的效果好,能抑制蔗糖与葡萄糖的结晶形成,添加异麦芽糖浆还能防止淀粉老化,可延长食品的保存期。
5.着色性:异麦芽低聚糖所含糖分子末端为还原基因,与蛋白质或氨基酸共热会发生美拉德反应而产生褐变,着色程度与糖浓度有关,并与共热的蛋白质或氨基酸种类、pH值、加热温度及时间长短有关。
6.水份活度:当浓度为 75 %,温度为25 ℃ 时异麦芽低聚糖水份活度为 0.75,相当接近蔗糖。
7.冰点下降:异麦芽低聚糖的冰点下降与蔗糖接近,冻结温度高于果糖。
8.发酵性:异麦芽低聚糖不被酵母及乳酸菌所利用,在面包、发酵乳中不致被酵母、乳酸菌所利用而残留在食品中发挥其各种生理功能和特性,同时可促进发酵乳中双歧杆菌的发育。
9.抗龋齿性:异麦芽低聚糖不易被蛀牙病原菌变异链球菌发酵,所以产酸少 、 不易腐蚀牙齿,它与蔗糖并用时,也能阻碍蔗糖被变异链球菌作用而产生水不溶性的高分子葡聚糖,抑制了蔗糖的龋齿性。
10.安全性:异麦芽低聚糖的最大无作用量为 2g/ kg 体重,老鼠经口投与急性毒性 LD50为44 g/kg(体重)以上,与蔗糖 29.8 g/kg(体重)和麦芽糖26.7g/kg(体重)相比,它的安全性更高。饮水中添加此糖粉,1 年内由老鼠自由摄取,长期饲养试验每日摄入量为 2.7~5.0 g/kg(体重),解剖结果与血液检查无任何异常现象。细菌回归变异试验及培养细胞染色体异常试验无任何变异原性。
作用机理1. 调节消化道微生物区系,促进健康菌相的形成。由于异麦芽低聚糖单糖分子之间以 α- 1, 6 糖苷键结合,而动物消化道分泌的糖类水解酶只能水解 α- 1, 4糖苷键,因此,异麦芽低聚糖以未降解的形式进入后段肠道并被其中的微生物利用,其中有益菌尤其是双歧杆菌能够以异麦芽低聚糖为营养基质进行大量增殖,而大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌则不能利用;此外,双歧杆菌等利用异麦芽低聚糖后产生乳酸等酸性物质,使得肠道 pH值下降,大肠杆菌等有害菌的生长繁殖因而受到抑制,使得动物肠道内的健康菌相得以形成。
2.结合吸附肠道病原菌。细菌细胞壁表面蛋白与肠粘膜上皮细胞表面糖脂或糖蛋白的糖残基的结合促进了细菌在肠壁上的定植和繁殖,从而导致疾病的发生。当肠道内存在一定量的异麦芽低聚糖时,它便与细菌结合,从而减少了细菌与肠粘膜上皮细胞结合的机会,阻碍了细菌在肠壁的生长繁殖。
3.调节机体的免疫系统。异麦芽低聚糖调节动物机体免疫系统主要通过3个途径来实现:①通过促进双歧杆菌的增殖来增强机体的免疫功能;②作为免疫佐剂和抗原,增强机体的免疫功能;③激活机体的体液免疫和细胞免疫系统,增强机体的免疫功能。
4.促进营养物质的合成和吸收。异麦芽低聚糖能促进营养物质的合成和吸收, 它这一功能的发挥主要是通过促进双歧杆菌增殖来实现的。大量试验证明,双歧杆菌能促进氨基酸、维生素 B1、B2、B6、维生素K、尼克酸、叶酸等的合成,并能促进氨基酸、Ca2+、Mg2+、Fe2+等营养物质的吸收,因此动物食入异麦芽低聚糖后也有如此效果。
制备方法1.以麦芽糖和麦芽低聚糖为底物,经葡萄糖转苷酶的作用,生成以 α-1,6 糖苷键结合的异麦芽糖 、潘糖、异麦芽三糖、异麦芽四糖等,由两个主要步骤构成:第一步是由 α-淀粉酶水解淀粉得到麦芽糖浆;第二步是用 α-葡萄苷酶和 β-淀粉酶共同作用进行糖基转移生产异麦芽糖。后期进行常规的过滤、脱色、脱盐、 浓缩干燥等工序,如日本工业生产异麦芽低聚糖 IMO-500、IMO-900、IMO-900P的工艺流程如下:
反应式
2.以葡萄糖为底物,通过葡萄糖合成酶的作用,生成α-1,6糖苷键结合的低聚异麦芽糖,但异麦芽糖含量不高及控制条件要求严格。
3.木薯淀粉酶工艺流程:应用α葡萄糖苷酶的转苷作用,控制反应条件,使终产物 中异麦芽低 聚糖含量在 60 % 以上,工艺流程如下:
反应式
4.玉米淀粉工艺流程:
反应式
应用异麦芽低聚糖最初作为一种健康糖原和食品添加剂广泛应用于食品工业,80 年代中后期,日本首先把它开发成饲料添加剂应用于饲料工业,90 年代中期,日本该产品的 1/3 都被用做饲料添加剂 ,且 40 % 的猪饲料中都添加了此类物质。
食品领域
1.低聚糖功效饮料:低聚糖功效饮料是以异麦芽低聚糖为主要原料,添加其它辅料精制而成,属新一代功效型饮料,包括碳酸饮料、豆奶饮料、果汁饮料、蔬菜汁饮料、茶饮料、营养饮料、补铁/补钙/补碘饮料、酒精饮料、咖啡、可可、粉末饮料等。
2.异麦芽低聚糖果酱:该产品是在传统果酱加工工艺的基础上开发出来的新型产品,其主要成分是水果(山楂、苹果、梨、胡萝)、异麦芽低聚糖及其它辅料。产品中异麦芽低聚糖成分代替了传统工艺中的蔗糖,能在人体内通过逐步水解,由聚合体转化为单体,逐渐被人体吸收,持续供给营养和能量,增强人体耐力和作功能力。
3.异麦芽低聚糖软糖:该产品是以异麦芽低聚糖为主要原料,配以琼脂及其它辅料精制而成。该糖块除具有一般软糖的特点外,还具有其独特的优点:抗龋齿;低甜度、易消化吸收,可持续供给人体能量;柔软适中,不粘牙,无硬皮,光亮透明;低热值,可避免人体发胖。
4.异麦芽低聚糖豆奶粉:该产品是以优质大豆、鲜牛奶为主要原料,配以异麦芽低聚糖及其它辅料精制而成 。
5.做成糕点、饼干、巧克力以及各式中西式糕点的添加剂。
除上面几个产品外,还可用于酱油、冰淇淋、儿童食品、婴儿食品等。
医药领域
由于它是双歧杆菌的增值因子,因此可作为保健品,特别是对老年人,体弱者和婴幼儿效果更好。食用含有异麦芽低聚糖的食品对于改善人体肠道内菌群状况,防治菌群失调,调整和恢复肠道正常功能,治疗和预防便 秘、 腹泻,改善高血脂症和糖尿病患者的血脂异常,都具有良好的作用。
饲料添加剂
目前,异麦芽低聚糖被广泛应用于畜禽类、水产类饲料中。试验证明,用添加异麦芽低聚糖的饲料喂动物,可提高动物的生长速度,降低料肉比,防制腹泻,降低死亡率,缩短产仔母畜的发情周期,提高胎儿成活率,另外还能改善畜禽产品的品质,增加食用的安全性。但由于异麦芽低聚糖具有吸湿性,不可直接加入饲料中混合,否则会瞬间吸湿结块,难于混合均匀,用时需先与 5~8 倍含水量较低的载体(如石粉)预混合,然后再投入大批饲料中搅拌至均匀。若使用的是异麦芽低聚糖糖浆,在人工拌料时需用麸皮等载体进行稀释,稀释后需先烘干或凉晒干再拌入大批饲料中。若采用凉晒的方式,需避免苍蝇的添食,因为异麦芽低聚糖为甜味物质,易招引苍蝇,而苍蝇是许多病原菌的携带者,苍蝇舔食过的饲料其含菌量会大大增加,而使饲料的安全性降低,饲喂畜禽后使发病率提高。异麦芽低聚糖的添加量要适宜,过多添加会引起动物腹泻,过少则没有明显的效果。国外资料报道的适宜添加量为 0.15 %~0.25 %。
前景随着我国经 济的快速发展和人民生活水平的提高,营养、疗效食品越来 越 受到欢迎,人们注重食品的质量、营养及保健特性,异麦芽低聚糖是一种优良的食品添加剂,是瞩目的甜味剂和营养、疗效、功能性食品。
发展异麦芽低聚糖的市场前景十分广阔。国外发展迅速,国内虽然起步晚,19 95 年才开始工业化,发展较慢,年生产量才几十吨。但随着科技的发展异麦芽糖需求量大幅增加,并且从生产成本考虑, 异麦芽低聚糖的生产是以淀粉或含淀粉丰富的谷物为主要原料,我国是农业大国,淀粉原料极为丰富,用玉米、大米、甘薯等均可作为原料,采用酶工程技术生产新型淀粉糖。因此,异麦芽低聚糖在我国具有十分广阔的前景。
另外,开发和应用功能性饲料是本世纪饲料和养殖业发展的趋势。随着科研的深入和科研成果的不断推出,人们对它的认识也逐渐加深,因此,异麦芽低聚糖作为功能性饲料添加剂中的佼佼者具有广阔的开发和应用前景。
有关异麦芽低聚糖的概述、性质、作用机理、制备方法、应用、前景是由Chemicalbook的旭艳编辑整理。(2016-04-05)
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